具有故障保护功能的数据采集系统

　　传感系统，例如飞机中的传感系统，必须经得起各种故障条件从而避免元件和系统损坏，因为一次传感器失效可能会导致灾难性事件的发生。由两个n沟道MOSFET与一个p沟道MOSFET串联组成的通道保护器，无论有没有接通电源，都能保护传感元件不受信号途径上瞬态电压的影响（图1）。在正常工作期间，通道保护器起串联电阻器的作用。如果输入电压超过电源电压，三只MOSFET中就有一只关断，将输出箝位在电源电压以内，从而在过压或电源失效情况下保护电路。不管有没有接通电源，通道保护器都能工作，因此非常适用于那些无法保证正确上电顺序的设备和热插拔机架系统。图2示出了一种输入信号超过电源电压的ADG465型通道保护器。该保护器能箝位输出信号，从而保护通道保护器后面的传感元件。
　　
　　图1，通道保护器可防止传感电路受瞬态电压冲击。
　　
　　图2，通道保护器将瞬态过压箝位在安全电平内。
　　当出现某种故障时，通道保护器输入端电压就会超过一个由电源电压减去MOSFET阈值电压设定的电压。如果发生正过压，则这一电压是VDD-VTN，其中VTN是NMOSFET的阈值电压（典型值为1.5V）。如果发生负过压，则这一电压是VSS-VTP，其中VTP是PMOSFET的阈值电压（典型值为-2V）。当通道保护器的输入超过上述两个设定电压中任何一个时，保护器都能将输出箝位在这两个电压值以内。NMOSFET和PMOSFET都具有双向故障保护和过压保护功能，所以它们的输入和输出端可以交换使用。图3显示出了正过压情况下的设定电压和MOSFET状态。
　　
　　图3，在出现正过压时，设定电压和MOSFET的状态如图中所示。
　　
　　图4，在出现故障条件时，输出负载将电流限制在VCLAMP/RL以下。
　　
　　图5，在本电路中，ADG466通道保护器保护测量仪表放大器的敏感输入端，防止发生传感器故障。
　　在出现故障期间，输出负载将电流限制在VCLAMP/RL以下（图4）。如果电源关断，保护器就将故障电流限制在nA量级。图5说明了如何使用ADG466通道保护器保护测量仪表放大器的敏感输入端，防止出现传感器故障。有些设备除了需要通道保护之外，还需要一个复用器。在这类设备中，你可以使用具有故障保护功能的ADG439F型4通道模拟复用器（图6）。这些复用器均采用一种将n沟道MOSFET、p沟道MOSFET、n沟道MOSFET串接的方法。在出现故障时，复用器的输入端或输出端呈开路状态，从而保护传感器、信号源以及输出电路。
　　
　　图6，数据采集系统中的一个复用器可保护信号源及输出电路。

《具有故障保护功能的数据采集系统》